Solarkosten und -einsparungen berechnen (nur USA)

In diesem Dokument wird erläutert, wie die Solar API die verschiedenen Werte berechnet, die sie verwendet, um die Installation von Solarmodulen zu empfehlen und die Kosten und Kosteneinsparungen für Adressen in den USA zu schätzen.

Wenn Sie die Adresse eines Wohnsitzes in einer abgedeckten Region der USA eingeben, zeigt die Solar API die folgenden Schätzungen an:

• Wie viel Sonnenlicht das Haus jährlich bekommt
• Wie viel Platz auf dem Dach für eine Solarinstallation ist?
• Welche Einsparungen in US-Dollar, die ein Haushalt mit einer Solaranlage von 20 Jahren hat, zu erwarten ist
• Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für Haushalte in Ihrer Nähe, die Sie an Ihr Zuhause anpassen können.
• Eine empfohlene Größe, gemessen in Kilowatt (kW), für ein Solarsystem im Haus.

Obwohl die Solar API Schätzungen für alle Gebäude liefert, für die sie Daten hat, eignen sich die Schätzungen am besten für Wohnhäuser oder kleine kommerzielle Gebäude. Die Solar API empfiehlt Solaranlagengrößen, mit denen sich maximale Einsparungen erzielen lassen, ohne in einem Jahr mehr Energie zu erzeugen, als ein Haushalt verbrauchen kann. Die Solar API berechnet keine Werte im Zusammenhang mit der Erzeugung von überschüssiger Energie.

Die empfohlenen Installationsgrößen sind aus verschiedenen Gründen auf den jährlichen Energieverbrauch beschränkt, vor allem aber, weil US-Haushalte derzeit nur wenig oder gar keinen finanziellen Nutzen durch eine übermäßige Energieerzeugung erhalten. An US-Standorten mit Nettomessungen laufen Guthaben, die Sie durch die Produktion überschüssiger Energie erhalten, in der Regel nach und nach ab.

Erforderliche Werte für die Finanzanalyse für Standorte in den USA

Für jede SolarPanelConfig-Instanz in der API-Antwort benötigen Sie zwei Werte, um die Finanzanalyse für diese Instanz durchzuführen:

• panelsCount: Die Anzahl der Solarmodule in einer Installation. Sie verwenden diesen Wert für die Berechnung von installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: Wie viel Sonnenlichtenergie im Verlauf eines Jahres in kWh bei einem bestimmten panelsCount erfasst wird, in Gleichstrom in kWh. Dieser Wert wird bei der Berechnung der jährlichen Solarenergieerzeugung (initialAcKwhPerYear) jeder installationSize verwendet.

Außerdem müssen Sie standortspezifische Werte für die folgenden Variablen erfassen, die Sie in den Berechnungen verwenden werden:

• billCostModel(): Modell zur Bestimmung der Kosten in der lokalen Währung, die von einem Haushalt für die Verwendung einer bestimmten Anzahl von kWh bezahlt werden. Die Energiekosten eines Versorgungsunternehmens können von Tag zu Tag oder von Stunde zu Stunde variieren, abhängig von Faktoren wie Nachfrage, Tageszeit und wie viel Strom der Haushalt verbraucht. Möglicherweise müssen Sie die durchschnittlichen Kosten schätzen.
• costIncreaseFactor:Die Solar API verwendet 1,022 (2,2% jährliche Steigerung) für Standorte in den USA.
• dcToAcDerate: Die Effizienz, mit der ein Wechselrichter den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den in einem Haushalt genutzten Wechselstrom umwandelt. Die Solar API verwendet 85% für Standorte in den USA.
• discountRate:Die Solar API verwendet 1,04 (4% jährliche Erhöhung) für Standorte in den USA.
• efficiencyDepreciationFactor:Gibt an, wie stark die Effizienz der Solarmodule jedes Jahr abnimmt. Die Solar API verwendet für Standorte in den USA 0,995 (jährliche Verringerung von 0,5 %).
• Anreize:Gib alle finanziellen Anreize für die Installation von Solarmodulen an, die von Behörden in deiner Region gewährt wurden.
• installationCostModel(): Methode zur Schätzung der Kosten für die Installation von Solaranlagen in lokaler Währung für eine bestimmte installationSize. Das Kostenmodell berücksichtigt in der Regel lokale Arbeits- und Materialkosten für eine bestimmte installationSize.
• installationLifeSpan:Die erwartete Lebensdauer der Solaranlage. Die Solar API benötigt 20 Jahre. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
• kWhConsumptionModel(): Modell zur Bestimmung, wie viel Energie ein Haushalt auf Basis einer monatlichen Rechnung verbraucht. In der einfachsten Form teilen Sie die Rechnung durch die durchschnittlichen Kosten einer kWh am Standort des Haushalts.
• monthlyBill: Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für einen Haushalt.
• monthlyKWhEnergyConsumption: Eine Schätzung der durchschnittlichen Strommenge, die der Haushalt an einem bestimmten Standort in einem Monat verbraucht, gemessen in kWh.

Mit diesen Werten und den Informationen aus der API-Antwort können Sie die erforderlichen Berechnungen durchführen, um die beste installationSize für Standorte zu empfehlen, die nicht von der Solar API abgedeckt werden.

Funktionsweise

Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung ist der Schlüssel für die restlichen Berechnungen.

Die Berechnungen der Solar API basieren zuerst auf einem vorab ausgewählten monatlichen Rechnungsbetrag. Sie können bei Bedarf einen anderen Betrag auswählen, der Ihrer eigenen durchschnittlichen monatlichen Rechnung besser entspricht.

Anhand der Höhe einer monatlichen Rechnung und der aktuellen Stromkosten an einem bestimmten Standort kann die Solar API die Anzahl der Kilowattstunden (kWh) an Strom schätzen, die ein Haushalt jeden Monat verbraucht. Für die aktuellen Stromkosten in den USA und zur Bestimmung der kWh über eine monatliche Rechnung bezieht sich die Solar API auf Datenbanken, die von Clean Power Research verwaltet werden.

Anhand der Anzahl der kWh, die ein Haushalt verbraucht, der nutzbaren Fläche eines Hausdachs und des Solarpotenzials des Standorts des Hauses, bewertet die Solar API eine oder mehrere mögliche Solarinstallationsgrößen und empfiehlt die Größe, die die größten Einsparungen bietet.

Die Größe einer Solaranlage wird über die Nennleistung (kW) gemessen. Die Nennleistung in kW hängt von der Anzahl der Solarmodule in der Konfiguration und der Nennleistung jedes Moduls in Watt ab.

Die kW-Nennleistung einer Anlage ist nicht dasselbe wie die Energieverbrauchsleistung einer Anlage, die in kWh gemessen wird und variiert. Die kWh-Leistung einer Installation ist unter anderem von folgenden Faktoren abhängig:

• Tageszeit
• Das Wetter
• Ausrichtung des Panels zur Sonne
• Schatten, die von Objekten in der Nähe auf die Kacheln geworfen werden
• Das regionale Solarpotenzial
• Das Alter der Installation

Die Solar API berücksichtigt bei der Schätzung der jährlichen Energieerzeugung einer Solaranlage Faktoren wie das regionale Solarpotenzial und das Alter der Installation.

Die Solar API verwendet Flugaufnahmen und fortschrittliche 3D-Modelle, um die nutzbare Fläche eines Dachs zu bestimmen und die Größe der Solaranlage abzuschätzen.

Detaillierte Erläuterung der Werte und Berechnungen

In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie die Solar API die Kosten, Einsparungen und die Größe von Solaranlagen für ein bestimmtes Gebäude in den USA berechnet.

Für die Erklärungen der Berechnungen werden Begriffe verwendet, um Werte in den Berechnungen darzustellen. Eine Erläuterung der Begriffe finden Sie in der Definition der in unseren Berechnungen verwendeten Begriffe.

Jährlicher Energieverbrauch im Haushalt

Wie bereits erwähnt, ermittelt die Solar API den monatlichen Stromverbrauch anhand des monatlichen Rechnungsbetrags und der Stromkosten, in denen sich ein Haushalt befindet. Nachdem wir den monatlichen Stromverbrauch eines Haushalts ermittelt haben, berechnen wir den jährlichen Energieverbrauch in kWh mithilfe der folgenden Formel:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Es wird angenommen, dass der Energieverbrauch eines Haushalts über die Lebensdauer einer Solaranlage jedes Jahr gleich bleibt. Bei der Solar API wird von einer Lebensdauer von 20 Jahren ausgegangen.

Jährliche Solarenergieerzeugung

Die Solar API schätzt die jährliche Energieproduktion einer Solaranlage unter Berücksichtigung von Faktoren wie Sonnenlichtintensität, Sonneneinstrahlungswinkel und Anzahl der Stunden, in denen eine Region jährlich genutzt werden kann.

Solaranlagen erzeugen Gleichstrom, der von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, bevor Sie ihn in Ihrem Zuhause verwenden können. Während der Umwandlung geht ein Teil des Stroms verloren. Wie viel Strom verloren geht, hängt von der Effizienz des Wechselrichters ab.

Die Effizienz des Umwandlungsprozesses wird als DC-zu-Wechsel-Verhältnis bezeichnet. Um den Verlust auszugleichen, multipliziert die Solar API die jährliche Leistung der Solaranlage mit einer Gleichstrom-Wechselstrom-Leistungsreduzierung von 0,85. Das Ergebnis ist die jährliche Produktion von Wechselstrom, wie in der folgenden Formel dargestellt:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

Die durch eine Installation erzeugte Energie nimmt während der gesamten Lebensdauer der Installation jedes Jahr um etwa 0,5 % ab. Um dies zu berücksichtigen, multipliziert die Solar API nach dem ersten Jahr die jährliche AC-Leistung einer Installation mit 99,5 % bzw. 0,995 pro Jahr über die geschätzte 20-jährige Lebensdauer der Installation. Dies wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.

Jahr	Jährliche Solarenergieerzeugung (kWh)
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear x 0,995
:	:
20	initialAcKwhPerYear x 0,99519

Da die Effizienz von Solarmodulen mit einer konstanten Rate abnimmt, ist sie im Wesentlichen eine geometrische Reihe mit a = initialAcKwhPerYear und r =efficiencyDepreciationFactor. Wir können LifetimeProductionAcKwh mit einer geometrischen Summe berechnen:

LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))

## Die Kosten für den Strom mit Solarenergie Wenn die Größe einer Anlage durch die Dachgröße oder andere Faktoren begrenzt ist, kann die Solaranlage weniger Strom produzieren, als ein Haushalt verbraucht. In diesen Fällen muss der Haushalt wahrscheinlich jedes Jahr einen bestimmten Stromverbrauch für einen Versorgungsbetrieb bezahlen, wie in der folgenden Formel dargestellt:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Zur Berücksichtigung dieser Kosten wendet die Solar API ein Rechnungskostenmodell auf die geschätzte Strommenge in kWh an, die der Haushalt während der gesamten Lebensdauer der Solaranlage von einem Versorgungsunternehmen benötigt. Diese Berechnung wird durch die folgende Formel veranschaulicht:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Damit der jährliche Anstieg der Stromkosten berücksichtigt werden kann, wenden wir für Standorte in den USA einen costIncreaseFactor von 2,2% bzw. 0, 22 pro Jahr an:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

Aufgrund der Inflation müssen wir den Wert des Währungswerts in unseren Schätzungen zukünftiger Kosten abziehen. Um dies zu berücksichtigen, wenden wir einen Rabattsatz von 4% auf unser Modell für Standorte in den USA an:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

Die folgende Tabelle zeigt, wie die jährlich anfallende Stromrechnung über die Lebensdauer einer Solaranlage berechnet wird. remainingLifetimeUtilityBill ist die Summe der Stromrechnungen für die einzelnen 20 Jahre der Nutzungsdauer einer Solaranlage.

Jahr	Jährliche Rechnung eines Versorgungsunternehmens im aktuellen Wert der Landeswährung (USD) (annualUtilityBillEstimate)
1	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption − initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillAverageYear1
2	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0,995) x 1,022 ÷ 1,04 = annualUtilityBillSchätzjahr2
:	:
20	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0,99519) x 1,02219 ÷ 1,0419 = annualUtilityBillSchätzjahr2
Gesamt	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillAverageYear1 + annualUtilityBillGeschätzteYear2 + .... + annualUtilityBillGeschätzteYear20

Stromkosten ohne Solarenergie

Um zu berechnen, wie viel ein Haushalt mit einer Solaranlage sparen könnte, müssen wir auch ausrechnen, wie viel ein Haushalt zahlen könnte, wenn dies nicht der Fall ist.

Wir müssen wieder die steigenden Strom- und Inflationskosten berücksichtigen, indem wir für die Berechnung den costIncreaseFactor von 1,022 und den discountRate von 1,04 angewandt haben, so wie wir es bei der Berechnung der Stromkosten für Solarenergie getan haben.

Die folgende Tabelle zeigt, wie die jährliche Stromrechnung ohne Solarenergie über die Lebensdauer einer Solaranlage berechnet wird. costOfElectricityWithoutSolar ist die Gesamtsumme der Versorgungskosten, die wir im selben Zeitraum von 20 Jahren für den Strom aus Solarenergie verwendet haben.

Jahr	Jährliche Stromrechnung (USD)
1	monthlyBill x 12
2	monthlyBill × 12 × 1,022 / 1,04
:	:
20	monthlyBill × 12 × 1,02219 / 1,0419
Gesamt	Summe aller Jahresrechnungen, die auch als costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill ausgedrückt werden können

Kosten für die Installation einer Solaranlage

Die Kosten für die Installation der empfohlenen Solarkonfiguration sind in der Solar API in den Schätzungen enthalten. Zur Schätzung der Kosten einer Installation verwendet die Solar API ein lokalisiertes Installationskostenmodell und die Größe der Installation.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Incentives

Regierungsbehörden können Anreize für die Installation von Solaranlagen anbieten. Solche Anreize werden häufig in Form von Steuergutschriften vergeben. Basierend auf dem Standort eines Haushalts subtrahiert die Solar API alle Anreize, die dem Haushalt derzeit zur Verfügung stehen, von der Schätzung der Gesamtkosten.

Gesamtkosten für Solarinstallationen

Die Solar API berechnet die Gesamtkosten einer Solarkonfiguration über 20 Jahre mithilfe der folgenden Formel:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Die Gesamteinsparungen

Die Solar API berechnet die Einsparungen für den Haushalt mithilfe der folgenden Formel:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Die Solar API führt die oben genannten Berechnungen für jede mögliche Installationsgröße durch und empfiehlt dann die Installationsgröße, die die maximalen Einsparungen für den Haushalt bietet. Der Betrag der geschätzten Einsparungen wird mit der Empfehlung zurückgegeben.